基因組學教學實踐與教學模式創新

摘 要: 基因組學是新興起的一門生命科學前沿、邊緣交叉學科，是生物技術及其相關專業的重要課程之一，對于豐富學生知識面、完善知識結構、培樣學生的創新意識和能力都有著重要影響。為給兄弟院校相關專業學生培養及相關課程的任課老師提高教學效果提供一定的參考，本文作者對近些年基因組學的授課實踐經驗進行了總結，就教材、教學內容、教學方法等方面進行了概述，并就課堂教學模式改革提出了自己的見解。

關鍵詞: 基因組學 教學實踐 教學模式

人類基因組計劃的成功實施與完成標志著基因組學的誕生，她是一門新興起的生命科學邊緣學科。以人類基因組測序完成為標志，基因組生物學的研究重點由結構基因組學轉向以蛋白質組學為重要研究領域之一的功能基因組學。基因組學與蛋白質組學研究的實施與發展又孕育了生物信息學這一新興交叉學科的產生與發展。基因組學、蛋白質組學、生物信息學是基因組生物學的非常重要的研究領域，它們的發展息息相關，相輔相成，且與人類起源、疾病(如癌癥、肌營養不良癥、家族遺傳病等)預測診斷治療、新藥物新疫苗開發、生物武器鑒定、長壽與衰老死亡等許多方面有著重要關系，成為當今生命科學的熱點與前沿。廣義上，基因組學包含了結構基因組學、功能基因組學、比較基因組學、生物信息學等方面的內容。因此，該課程是一門生物學前沿課程和交叉課程，對于豐富生物技術等相關專業學生知識面，完善知識結構和提高創新能力都有著重要影響。我就近幾年來關于基因組學的教學實踐談幾點體會，并對革新課堂教學模式進行了初步嘗試。

一、教材

教材是一門課程的主要教學參考書，是確保教學過程系統性、規范性的關鍵，對教學效果有重要影響。基因組學是一門新興起的生命科學邊緣學科，我國許多高校的生物技術等相關專業課程設置中都將其設為專業限選課或選修課，如華中農業大學、天津醫科大學、重慶郵電大學等。本課程也是我校生物技術專業的一門專業限選課。在考察了有關基因組研究的眾多參考資料和兄弟院校的開課實際后，我們選了結構體系比較完整、內容深淺適宜、覆蓋面較全的復旦大學楊金水編著的《基因組學(第二版)》(高等教育出版社，2007年)為主要教材。此外，選用了袁建剛等翻譯的、BrownTA編著的《基因組2》(科學出版社，2006年)及其英文版原著Genomes2(BIOS Scientific Publishers Ltd)為重要參考教材。中英文對應的參考教材的使用更方便了學生對專業名詞的理解和把握，有助于學生對專業英文文獻的查閱和利用，便于跟蹤學科前沿，擴充知識面，豐富學生視野。

二、教學內容

基因組學是從整體上對生物基因組中所有DNA進行測序、拼裝和序列分析的一門科學，其研究對象涉及包括原核生物和真核生物在內的所有生命體。基因組測序的前提是進行基因組作圖，包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉錄本圖譜制作。測序后核苷酸序列分析主要是進行序列闡釋，包括基因預測、各種類型重復序列鑒定與功能性MicroRNA的預測，等等。最后是進行各種功能性元件如基因、MicroRNA等功能分析。因此，基因組學的主要教學內容包括基因組的基本結構及組成，遺傳圖譜與物理圖譜制作，基因組測序，基因組序列解讀，基因組內基因的表達和調控，染色質的結構與基因表達調控，基因組活性的調控，不同生物基因組比較序列分析，基因組進化，等等，并結合當今基因組學研究的前沿進行有選擇性的、重點的專題介紹，使學生不但能系統學習基因組學的必備知識，而且能對本學科發展方向及目前重大研究與突破有所了解，以豐富學生的相關知識并拓寬學生的知識面，為今后的就業與創業打下良好的基礎。

三、教學方法

近年來我國多數高校本科各專業培養方案普遍采取的是多課程、少學時的模式，使多數課程學時嚴重不足[1-2]。就基因組學課程來講，多數內容是生命科學研究的前沿與熱點，而且對于多數本科生來說不容易理解和接受，這客觀上需增加學時進行詳細闡述。一方面教學大綱規定的學時嚴重不足，而另一方面教學實踐上又確實需要增加學時來完成“解惑”的任務，怎樣解決這一棘手的矛盾呢?這就需要根據學生已經學過的相關課程，對課程內容進行精選而且課程骨架知識體系又不被破壞，制定詳細的教學計劃，講課方法根據內容進行有針對性選取，教學手段以多媒體輔助教學為主，并輔以必要的板書。

我在講課實踐中采取的是重點內容(如基因組作圖與測序、功能基因組學中的表觀遺傳學部分、基因組進化中的端粒復制與基因組穩定性及基因組進化的機制與模式等)以講授法為主，特別重要的知識點上輔以啟示法、討論法教學，如在講到表觀遺傳學的座位控制區LCR(Locus Control Region)功能的內容時，我設計了圖片(圖1、2)，在講解時PPT演示按圖1、2所示分步驟一一顯示的，之后進行討論，最后推而廣之——研究一段待測DNA的功能時大都可以采取類似的方法。這樣邊講解、邊啟示、邊討論，最后讓學生自己總結出共性的東西的綜合教學法，極大地提高了學生課堂參與的積極性、主動性和創造性，取得了很好的教學效果。期末，學生的成績較好，而且學生對教學效果評價很高，達到優秀等次。

對于基因組學課程和分子生物學、生物化學等相關課程相交叉的內容，則以提問法為主要講課手段，以將知識點前后貫通為主要目標進行教學，并適當加快教學進度。對于一些次要的、擴充性內容則以課堂講授法為主，點到為止，但要求學生課下自讀。對于一些最近發展起來的新技術、新方法、新領域，則以專題的形式進行教學，以1—4學時的時間為宜，并以國內外權威期刊雜志如《科學通報》、《中國農業科學》、Nature、Science、PNAS、Plant Cell等近幾年尤其是近2年刊登的相關文章主要教學參考資料，確保專題教學的新穎性、權威性。

四、教學模式

教學模式是圍繞教學目標在一定的教育思想指導下形成的相對穩定的教學范型，是人們在長期的教學實踐中不斷總結、改進而逐步形成的，對教學效果有著重要影響。[3]近些年來，隨著新的教育教學思想不斷涌現，以及人們對教育教學認識的不斷深化，許多新的教學模式產生了，如愉快教學模式、自學輔導教學模式、探究研討教學模式、主體性教學模式等。[4]雖然這些教學模式體現了新時期素質教育的要求，但仍拘泥于固定場所的課堂教學模式。

1969年，美國的神經病學教授Barrows在加拿大的McMaster大學創立了PBL教學模式，即以問題為學習基礎(Problem-Based Learning，PBL)的教學模式[5]。PBL教學模式以具體疾病為基礎，緊密結合臨床實踐，提倡以學生為中心、教師為引導的小組討論式教學。其核心問題由多學科教學人員和相關臨床專科人員共同設計，建立完善的學習模塊，制定出某一病例的PBL手冊，提供給各討論小組。根據討論的問題與學習深度的不同將教學分為初級、中級、高級三個水平，初級水平的病例為模擬的標準病人(Standard Patient，SP)，中高級的病例則為真實病人(Real Patient，RP)。在教室或醫院，由教師、學生、模擬病人(或真實病人)組成學習的虛擬或真實場景，進行三段討論式教學，即提出問題，討論→自學建立假設，討論→自學解疑，論證假設。每一模塊學習結束后進行測試、考核，最后進行總評。不難看出，與傳統的知識傳授型教學模式相比，PBL教學模式調動了學生主動學習的積極性，有利于提高學生的表達能力、溝通技巧和人際交流能力;有利于培養學生團隊精神和協作能力;有利于培養學生的臨床思維;PBL教學模式使實用性知識的傳授更加得到重視;由于評估體系科學，能準確評估教學效果。目前，該教學模式已被世界上許多大學的醫學專業教育所廣泛采納。

受該教學模式啟發，我認為基因組學少部分教學內容可以進行專題討論式教學模式探討。具體來講，就是首先與相關教師一塊兒設計每一個專題的核心問題，并提出應達到的目標要求，帶到課堂讓學生討論、發表意見，確定問題;之后，學生通過利用圖書館、網絡、知識講座等進行自學解疑，整理并寫出問題的解決方法，再進行課堂交流、討論;最后，通過討論進行歸納總結。當通過課堂討論提出核心問題之后，學生甚至可以分組到相關實驗室參觀學習，有條件的可以讓學生參與部分科研工作，這樣既可以讓學生將理論與實踐相結合，直接接觸前沿課題研究實際，又可以減輕教師科研中一些簡單的重復性勞動，提高科研設備的使用率。

五、結語

基因組學是伴隨著人類基因組計劃而誕生的一門新興學科，是當今生命科學研究的前沿，與人類重大疾病分子機理、生物起源演化、新藥物新疫苗開發等許多重要問題息息相關，對人類社會生活的許多方面都有重要影響。在我國許多高校的生物技術及其相關專業中基因組學是必開的一門課程，我就近幾年來的基因組學授課實踐經驗進行了概括介紹，并就教學模式創新、改革提出了建議，希望能對兄弟院校相關專業學生的培樣及相關課程的任課老師有所裨益。

參考文獻:

[1]張琛.酶工程課程的教學方法的探討與體會[J].科教文匯(上旬刊)，2009，(1):223.

[2]梁紅波，鐘衛，熊磊.高分子物理課程的教學體會[J].高教論壇，2009，(1):80-81.

[3]方展勇.淺論課堂教學模式[J].廣西教育學院學報，2001，(3):35-39.

[4]刁維國.當代教學模式理論與實踐的新進展[J].內蒙古師范大學學報(教育科學版)，2008，(11):42-45.

[5]周忠信，陳慶，林藝雄，趙善超，周杰.PBL教學模式的研究進展和現實意義[J].醫學與哲學(人文社會醫學版)，2007，(8):72-75.